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문제 정의
- 따라서 본 실험에서 artisoc의 대조 프로그램으로 사용하였고, 시뮬레이션 결과의 비교를 통해 기존의 획일적 대피출구지정 방식으로 도출된 피난계획과 MAS기반 피난계획의 차이를 살펴보고 MAS기반 피난계획의 대피자 안전확보에 대한 타당성을 입증하고자 한다.
가설 설정
- 1) 연기는 가시도를 저하시켜서 유도 안내 표지의 식별을 방해하며 방향감각을 감소시키고, 결과적으로 불필요한 불안이나 패닉상태를 유발시킬 수 있다.2) 이러한 상황은 피난 속도의 감소와 인명피해의 증가로 이어진다.
- Pathfinder 2011버전에서는 병목현상 발생시 재실자가 목적지까지 걸리는 최단대피시간을 계산하고 그 방향을 선택해서 분산 대피가 되는 기능이 추가되었다.5) 그러나 Pathfinder는 재난구역 우회대피의 기능과 연기에 의한 가시도 저하 기능은 없다.
제안 방법
- A구역에는 유도인자를 설치하지 않았고, EXIT 1 및 2 로 귀소본능에 의한 대피만 하도록 설정하여, A구역과 B 구역의 대피 결과를 비교 분석하였다.
- B구역에는 2개씩 추가시켜 ②,③,④,⑤와 ⑥,⑦,⑧,⑨의 유도인자가 각각 x방향 10m, y방향 10m의 간격으로 설치되었고, 증가하는 유도인자에 따른 대피결과의 변화를 분석하였다. 재실자들의 기본적인 대피 동선 알고리즘은 상용화 프로그램에서 사용되고 있는 A*알고리즘9) 을 적용하였다.
- Pathfinder의 공간 모델링은 artisoc과 동일하게 Fig. 2와같이 되어있으나 위험정보 유도 인자의 개념 설정의 기능이 불가능 하므로 위험정보 유도인자인 ①~⑨의 기능이 없는 상태로 설정되었으며, 자동적으로 A*알고리즘을 통해 최단거리 분산대피가 이루어지지만 artisoc과의 안전대피 인원수를 비교하기 위해 EXIT 3 및 4를 설정하여 대피 하는 인원수를 산출할 수 있도록 하였다.
- 따라서 화재발생시 안내 정보를 받은 사람만이 EXIT 3,4의 비상구로 대피 가능하다. artisoc은 Pathfinder와 달리 대피자에게 정보전달 기능부여가 가능하므로, 위험정보 유도 인자를 x로 표시하였으며, 대피자는 대피도중 연기 농도가 낮은 방향으로 유도 정보를 전달하는 조건으로 설정하였다. A구역과 B구역 사이에는 EXIT 1과 2로 분산대피를 유도하는 인자 ①이 고정되어 있다.
- 동일 조건이라도 artisoc과 Pathfinder에는 구현 기능상에 차이가 있기 때문에 결과에 대한 정성적 · 정량적 분석을 함께 하였다.
- 을 활용하여 위험 정보에 의한 우회 및 분산대피의 구현이 가능한 피난시뮬 레이션을 실시하여 기존 피난시뮬레이션과의 차이점 및 특성을 파악하였다. 또한, 연기 농도에 의한 가시도 저하가 연계된 시뮬레이션을 통해 그 대피 결과를 도출하여 가시도 적용유무 및 위험 정보 전달유무에 따른 분산 대피 효과를 비교 검토하였다. 본 실험에서 사용한 artisoc과 비교를 위해 사용한 프로그램은 상용화된 제품인 Pathfinder(2011 버전)였다.
- 본 연구는 대공간에서의 피난계획 수립을 위해서 화재 발생시 연기농도와 같은 위험인자가 고려된 가시도 저하에 따른 분산 대피를 MAS 기반의 피난시뮬레이션을 활용하여 도출하였으며, 상용화된 피난 시뮬레이션과의 비교 분석을 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
- 본 연구에서는 상호 정보전달이 가능한 MAS (Multi Agent System) 기반 프로그램인 artisoc4)을 활용하여 위험 정보에 의한 우회 및 분산대피의 구현이 가능한 피난시뮬 레이션을 실시하여 기존 피난시뮬레이션과의 차이점 및 특성을 파악하였다. 또한, 연기 농도에 의한 가시도 저하가 연계된 시뮬레이션을 통해 그 대피 결과를 도출하여 가시도 적용유무 및 위험 정보 전달유무에 따른 분산 대피 효과를 비교 검토하였다.
- 본 연구에서는 화재 시 발생하는 연기의 농도변위를 위험정보 값으로 설정하였으며 artisoc과 연동하여 보행속 도를 감속시키도록 설정하였다. 화재가 발생했을 시 화재 실에서 생성되는 연기량은 매순간 변동하며, 위치별 연기 농도는 실시간적 차이가 발생한다.
- 연기농도 값은 밀폐된 공간 안에서 110초간 발생하였 으며 10초 간격으로 CSV 파일로 출력하였으며, 대피프로그램으로 활용한 artisoc의 공간 정보 값으로 적용하였다. Fig.
- 재실자는 EXIT 1 및 2의 후방 20m 이격거리 기준으로 각각 100명씩 랜덤 배치하 였다. 주 비상구는 EXIT 1 및 2로써, 인간의 귀소본능에 의해 대피가 이루어지도록 기본적 비상구로 설정하였다. 그러나 EXIT 3 및 4는 위험정보전달에 따른 분산대피 시활용 가능하도록 설정된 비상문으로써 평상시 사용되지 않도록 설정하였다.
대상 데이터
- 비상구의 위치는 artisoc과 Pathfinder 모두 동일한 위치로 EXIT 1~4로 구성되어 있다. 재실자는 EXIT 1 및 2의 후방 20m 이격거리 기준으로 각각 100명씩 랜덤 배치하 였다. 주 비상구는 EXIT 1 및 2로써, 인간의 귀소본능에 의해 대피가 이루어지도록 기본적 비상구로 설정하였다.
이론/모형
- (1) 식에 의해 연기농도는 어느 일정 수치에 이르게 되면 보행 속도 값은 0으로 된다. 그러나 본 연구에서는 Jin7)의 연구결과로 밝혀진 시계(視界) 불능 조건에서 사람의 최소 속도 0.3m/s를 적용하였으며 기본 보행 속도는 SFPE에 제시된 피난민의 이동속도를 참조하였다.8) 관찰 및 실험을 통해 입증된 바에 따르면, 특정 집단의 피난유동 속도는 인구밀도의 함수로써, 인구밀도가 0.
- 화재가 발생했을 시 화재 실에서 생성되는 연기량은 매순간 변동하며, 위치별 연기 농도는 실시간적 차이가 발생한다. 따라서 시간에 따른 공간좌표별 정량적인 연기농도 값을 산출하기 위해 화재 해석 프로그램인 FDS10) 를 사용하였다. A, B구역 재실자의 대피를 비교하기 위해서, 프로판이 연소하여 5000kW 의 열 방출을 할 수 있도록 화원을 Fig.
- 또한, 연기 농도에 의한 가시도 저하가 연계된 시뮬레이션을 통해 그 대피 결과를 도출하여 가시도 적용유무 및 위험 정보 전달유무에 따른 분산 대피 효과를 비교 검토하였다. 본 실험에서 사용한 artisoc과 비교를 위해 사용한 프로그램은 상용화된 제품인 Pathfinder(2011 버전)였다. Pathfinder 2011버전에서는 병목현상 발생시 재실자가 목적지까지 걸리는 최단대피시간을 계산하고 그 방향을 선택해서 분산 대피가 되는 기능이 추가되었다.
- B구역에는 2개씩 추가시켜 ②,③,④,⑤와 ⑥,⑦,⑧,⑨의 유도인자가 각각 x방향 10m, y방향 10m의 간격으로 설치되었고, 증가하는 유도인자에 따른 대피결과의 변화를 분석하였다. 재실자들의 기본적인 대피 동선 알고리즘은 상용화 프로그램에서 사용되고 있는 A*알고리즘9) 을 적용하였다.
성능/효과
- 또한 B구역에서는 EXIT 2로 대피하는 사람과 유도인자에 의해 EXIT 3~4로 우회 분산 대피하는 효과의 구현을 확인할 수 있다. (b)의 A구역은 연기의 영향에 상관없이 일정한 대피 속도를 유지하여 대피하고 있고, B구역에서는 이미 A*알고리즘에 의해 최단거리 분산대피가 이루어진 결과를 확인하였다. (c)의 60초에서의 대피 상황은 연기에 의해 계속 감속하여 느리게 이루어지고 있는 동시에 B구역의 분산대피가 종료되어 가고 있는 반면, (d)의 60초에서는 이미 대피가 거의 종료되었다.
- 1) 연기는 가시도를 저하시켜서 유도 안내 표지의 식별을 방해하며 방향감각을 감소시키고, 결과적으로 불필요한 불안이나 패닉상태를 유발시킬 수 있다.2) 이러한 상황은 피난 속도의 감소와 인명피해의 증가로 이어진다.
- 1) 연기에 의한 가시도 저하에 따른 MAS 기반의 피난 시뮬레이션은 상용화 피난시뮬레이션보다 실제 상황에 근접한 다양한 변수가 고려된 결과를 도출함으로써 대피 안전성 평가의 신뢰성을 높일 수 있다.
- 2) 성능위주설계의 피난 시뮬레이션에 의한 대피 안전성 평가는 최적의 피난계획 수립을 목적으로 하는 만큼, 소방 설비의 설치 사양과 더불어 실제 상황에 기반 한 다양한 변수를 적용해야만 한다. 따라서 본 연구의 결과를 통해 그 필요성을 입증할 수 있었고 향후에 추가적인 MAS 기반 피난 시뮬레이션 연구에 기초 자료로 사용될수 있다.
- 3m/s를 적용하였으며 기본 보행 속도는 SFPE에 제시된 피난민의 이동속도를 참조하였다.8) 관찰 및 실험을 통해 입증된 바에 따르면, 특정 집단의 피난유동 속도는 인구밀도의 함수로써, 인구밀도가 0.54명/m2보다 적을 경우, 피난민들은 다른 사람들의 속도와 상관없이 각자의 속도로 이동하게 된다. 본 연구에 설정된 인구 밀도는 0.
- artisoc에서의 A구역은 화재가 발생 하자마자 연기가 급속도로 확산됨에 따라 재실자들의 가시도 저하에 따른 대피 속도가 감소되었고 대피시간은 평균 155초로 산출되 었다. Pathfinder는 artisoc과 같은 연기에 의한 가시도 저하 기능이 없으므로 대피 속도의 감소 없이 63초가 산출 되었다.
- artisoc의 B구역에서의 경로 분산 대피자 수는 위험 정보 유도인자(Inducer)가 2개씩 증가함에 따라 비례하여 47 명, 74명, 86명, 92명으로 증가하였고, 대피 시간은 이에 반비례하면서 136.0초, 129.0초, 123.3초, 71초로 감소하였다. B구역의 재실자들은 화재가 발생하자마자 귀소본능에 의해 EXIT 2를 향해 대피를 시작하였다.
- 대피 시간 결과 비교를 통해 ‘연기 농도에 의한 가시도 저하의 영향’을 대피 변수에 반영하지 않으면 ‘대피 속도 감소’의 위험성이 결여된 대피 결과가 도출된다는 것을 알 수 있다.
- 두 시뮬레이션의 안전 대피 인원수 결과만으로 보자면 Pathfinder의 결과가 artisoc의 결과보다 우수하다. 그러나 자신이 주로 이용했던 경로로 이동하는 인간의 ‘귀소 본능’, 화재 발생시 위험 정보를 전달하는 ‘유도 인자’, 위험 정보를 전달 받고 우회해서 대피하는 ‘안전 대피 인원 확보’ 등의 다양한 변수를 고려했을 때, 실제에 근접하여 신뢰할 수 있는 결과는 artisoc의 결과이며 더 우수하다고 볼수 있다.
- 따라서 ‘연기에 의한 가시도 저하’ 변수의 적용 유무를 통해 대피 속도 결과에 차이가 났으며, 이변수를 적용할 수 없는 Pathfinder의 빠른 대피 결과는 ‘대피 속도 감소’의 위험성이 결여된 것을 알 수 있다.
후속연구
- 2) 성능위주설계의 피난 시뮬레이션에 의한 대피 안전성 평가는 최적의 피난계획 수립을 목적으로 하는 만큼, 소방 설비의 설치 사양과 더불어 실제 상황에 기반 한 다양한 변수를 적용해야만 한다. 따라서 본 연구의 결과를 통해 그 필요성을 입증할 수 있었고 향후에 추가적인 MAS 기반 피난 시뮬레이션 연구에 기초 자료로 사용될수 있다.
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